El AISI/SAE 4145 es un acero de baja aleación al cromo-molibdeno que ofrece una mayor templabilidad y una mayor resistencia alcanzable que el 4140, lo que lo hace especialmente adecuado para componentes de gran sección y de fondo de pozo de petróleo y gas en los que se requiere un endurecimiento profundo y un alto límite elástico; este rendimiento se consigue mediante adiciones ligeramente superiores de carbono y Cr y Mo controladas, y normalmente se suministra templado y revenido para alcanzar objetivos específicos de dureza o límite elástico mínimo.
Datos breves
| Artículo | Descripción breve |
|---|---|
| Nombres comunes | AISI 4145, SAE 4145, 4145 MOD (modificado) |
| Tipo | Acero de baja aleación Cr-Mo (endurecimiento pasante) |
| Usos típicos | Collares de perforación, componentes de fondo de pozo, ejes pesados, barras de gran diámetro, piezas templadas y revenidas en petróleo y gas, piezas mecánicas de alta resistencia. |
| Tratamiento térmico típico | Temple y revenido hasta alcanzar la dureza especificada (normalmente 30-36 HRC o superior para determinadas aplicaciones). |
| Características principales | Mayor templabilidad que el 4140, mayor resistencia alcanzable, buena estabilidad dimensional tras Q&T, soldabilidad limitada a menos que se pre/postcaliente. |
| Factores de forma comunes | Barra redonda, piezas en bruto forjadas, tubos, componentes mecanizados |
| Condición típica de entrega | Normalizado, laminado en caliente o templado y revenido según los requisitos del cliente. |
Composición química (rangos típicos de especificación)
A continuación figura una práctica tabla de composición elaborada a partir de fichas técnicas de la industria y especificaciones de productos. Los proveedores pueden publicar ligeras variaciones, especialmente para el 4145 Modificado, que puede añadir manganeso, cromo o molibdeno para mejorar la templabilidad en secciones grandes.
| Elemento | Gama típica (peso %) | Notas |
|---|---|---|
| Carbono (C) | 0.43 - 0.48 | Superior al 4140; principal contribuyente al aumento de la resistencia y la templabilidad. |
| Manganeso (Mn) | 0.75 - 1.00 | Desoxidante y aportador de tenacidad. |
| Fósforo (P) | ≤ 0.035 | Límite de impurezas. |
| Azufre (S) | ≤ 0.040 | Límite de impurezas. |
| Silicio (Si) | 0.15 - 0.35 | Fortalecimiento y desoxidación. |
| Cromo (Cr) | 0.80 - 1.10 | Mejora la templabilidad y la resistencia al revenido. |
| Molibdeno (Mo) | 0.15 - 0.35 | Clave para la templabilidad; 0,20 típico; variantes mod hasta 0,35. |
| Vanadio, Ni, Cu | rastrear o controlar | No es estándar; algunos grados modificados incluyen pequeños añadidos. |
Nota práctica: Las variantes MOD 4145 pueden aumentar intencionadamente el Mo y/o el Cr para cumplir el límite elástico o la dureza mínimos especificados en secciones transversales más grandes; confirme siempre los certificados de laminación del proveedor para conocer la composición química exacta.
Propiedades mecánicas (rangos típicos y valores de diseño)
Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico. A continuación se indican los valores típicos del sector extraídos de los datos de los proveedores y de las fichas técnicas; utilice los certificados de tratamiento térmico específicos para el diseño final.
Rangos típicos suministrados (normalizados o recocidos)
| Propiedad | Alcance típico |
|---|---|
| Resistencia a la tracción (última) | 650 - 850 MPa (varía según el estado) |
| Límite elástico (0,2%) | 420 - 600 MPa |
| Alargamiento (A75 mm o 50 mm) | 12 - 20 % |
| Reducción de la superficie | 40 - 60 % |
| Dureza (HB) | 195 - 235 HB (dependiendo del estado) |
Rangos de blancos templados y revenidos (práctica habitual)
| Objetivo de templado | Tracción típica | Rendimiento típico | Dureza |
|---|---|---|---|
| Temple medio | 800 - 1000 MPa | 600 - 800 MPa | 28 - 36 HRC |
| Temple de alta resistencia | 900 - 1100 MPa | 700 - 900 MPa | 36 - 50 HRC |
| Muy alto endurecimiento (especial) | hasta 1200 MPa | hasta 1000 MPa | 55 - 62 HRC (tratamiento especial) |
Práctica del diseño: Para componentes críticos de seguridad, especifique tanto un límite elástico mínimo (por ejemplo 110 ksi / 758 MPa) como una dureza máxima de revenido, y exija la certificación del laminador y del tratamiento térmico. El 4145 se suministra a menudo con niveles mínimos de límite elástico para tubulares de campos petrolíferos y collares de perforación.
Tratamiento térmico y comportamiento de templabilidad
Enfriamiento
Los medios de temple típicos incluyen el temple en aceite o en polímero para barras y piezas forjadas. Para secciones transversales grandes o necesidades de templabilidad muy estrictas, se requieren protocolos de temple controlados para evitar la formación de grietas y lograr una dureza uniforme.
Templado
La selección de la temperatura de revenido equilibra la resistencia y la tenacidad. Las temperaturas de revenido más bajas producen mayor dureza y resistencia con menor tenacidad al impacto. La práctica habitual es especificar la temperatura de revenido para alcanzar el HRC objetivo o el límite elástico mínimo.
Endurecimiento
El 4145, debido a su contenido ligeramente superior en carbono y Mo, presenta una mayor templabilidad que el 4140. Esto lo hace más adecuado para geometrías que requieren un endurecimiento profundo. Para diámetros muy grandes, a veces se utiliza la química 4145 MOD con mayor contenido de Mo o Mn para garantizar una dureza adecuada del núcleo.
Secuencia típica de tratamiento térmico (ejemplo industrial)
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Normalizar a 850-900 °C, enfriar en horno para eliminar las tensiones de laminación (opcional).
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Austenitización a 820-870 °C (temperatura exacta específica del proveedor), remojo según el tamaño de la sección.
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Enfriar en aceite o polímero; para secciones grandes, considerar el enfriamiento controlado para reducir las tensiones residuales.
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Templado a la temperatura necesaria para alcanzar los HRC o mecánicos especificados; los ciclos de templado suelen ser de 1 a 2 horas por pulgada de espesor.
Precaución práctica: El 4145 puede ser susceptible al agrietamiento por enfriamiento rápido si se precalienta inadecuadamente, se enfría demasiado o si se introduce fragilización por hidrógeno durante el proceso. A menudo es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Notas sobre maquinabilidad, soldadura y conformado
Maquinabilidad
En estado normalizado, el 4145 se mecaniza de forma similar a otros aceros al Cr-Mo, pero a menudo con algo menos de facilidad que el 4140 debido a su mayor contenido en carbono. En condiciones de temple y revenido, la precipitación de carburos y la mayor dureza reducen la maquinabilidad; seleccionar las velocidades de corte y las herramientas de carburo en consecuencia.
Soldadura
La soldabilidad es limitada en comparación con los aceros al carbono sin alear. Se recomienda encarecidamente el uso de precalentamiento, consumibles con bajo contenido en hidrógeno y temperaturas entre pasadas controladas. Cuando sea posible, soldar en un estado de menor resistencia y menor templabilidad y aplicar un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) adecuado para restaurar la tenacidad y aliviar la tensión residual. Algunos proveedores describen el 4145 como "difícilmente soldable", pero se puede soldar con los procedimientos correctos.
Formando
El conformado en caliente por encima de la temperatura de recristalización es rutinario. El conformado en frío debe limitarse a menos que el material se encuentre en un estado de recocido relativamente blando; el trabajo en frío aumenta el riesgo de agrietamiento en las variantes con alto contenido en carbono.
Orientaciones de diseño y criterios de selección
A la hora de elegir el 4145 frente a otras alternativas, sopese estos puntos:
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Elija 4145 cuando endurecimiento profundo y alto rendimiento en secciones más grandes. Por este motivo, esta aleación se suele utilizar para ejes pesados, mandriles y componentes de fondo de pozo.
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Si la prioridad es la máxima tenacidad con una dureza determinada, el 4140 puede ser preferible debido a su contenido en carbono ligeramente inferior. Los datos comparativos muestran a menudo que el 4145 produce una dureza ligeramente superior pero una tenacidad al impacto marginalmente inferior a HRC equivalentes.
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Para los componentes críticos, especifique tanto el intervalo de dureza como la energía de impacto mínima (entalla Charpy V) a la temperatura de aplicación. Exija informes completos de las pruebas de laminación y registros de tratamiento térmico.
Modos de fallo a tener en cuenta
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Agrietamiento por enfriamiento rápido y fragilización por revenido si el revenido se aplica incorrectamente.
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Agrietamiento asistido por hidrógeno si se introduce hidrógeno durante el decapado, la galvanoplastia o la soldadura.
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Fisuras por fatiga en cargas cíclicas si existen tensiones residuales de tracción o un mal acabado superficial.
Corrosión y medidas de protección
4145 no es resistente a la corrosión y requiere revestimientos, chapado o revestimiento resistente a la corrosión para entornos agresivos. Para su uso en el fondo del pozo, deben incluirse en el diseño tratamientos superficiales y tolerancia a la corrosión.
Aplicaciones comunes y ejemplos industriales
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Petróleo y gas: collares de perforación, subconjuntos, componentes pesados de fondo de pozo, tubulares de gran diámetro (a menudo se utiliza la MOD 4145).
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Ejes y husillos mecánicos pesados en los que se necesita una mayor templabilidad para secciones transversales grandes.
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Herramientas y componentes industriales que requieren endurecimiento pasante para obtener una alta resistencia.
Instantánea de un caso: Muchos proveedores de componentes para yacimientos petrolíferos especifican 4145 MOD para collares de perforación porque proporciona el límite elástico y la dureza del núcleo requeridos en diámetros considerables; se suministran certificados de laminación para demostrar el límite elástico y la dureza mínimos en todo el tamaño de la sección.
Normas y equivalentes internacionales
Los equivalentes exactos varían según el país y el organismo de normalización. En la siguiente tabla se enumeran las referencias cruzadas y los comentarios de uso común para la adquisición.
| Designación / Norma | Equivalente o nota |
|---|---|
| SAE/AISI 4145 | Base Designación EE.UU. |
| 4145 MOD | Variante modificada con más Mo o Mn para mejorar la templabilidad. |
| DIN/EN | No existe un equivalente EN exacto; entre los análogos cercanos se incluye la familia 1.7225 (por ejemplo, 42CrMo4/4140), pero deben confirmarse las diferencias químicas. Para el temple de grandes secciones, comprobar la idoneidad del grado EN. |
| JIS | No existe una correspondencia directa JIS; utilice la correspondencia de propiedades de materiales o consulte las tablas de conversión. |
| UNS G41450 | Designación UNS para 4145 |
Consejo sobre adquisiciones: Debido a que las pequeñas diferencias en carbono y molibdeno afectan materialmente a la templabilidad, no sustituir simplemente por el nombre; exigir la correspondencia de los certificados químicos y mecánicos si se propone un grado estándar alternativo.
Comparación lado a lado: 4145 frente a 4140 (resumen práctico)
| Característica | 4140 | 4145 |
|---|---|---|
| Contenido en carbono | ~0,38 - 0,43 % | ~0,43 - 0,48 % (superior) |
| Endurecimiento | Bien | Endurecimiento mejor y más profundo en secciones más grandes |
| Uso típico | Ejes, engranajes, piezas templadas y revenidas en general | Secciones más grandes, collares de perforación, componentes pesados que requieren un mayor rendimiento |
| Dureza a igual HRC | Ligeramente mejor | Ligeramente inferior (a cambio de una mayor dureza) |
| Soldabilidad | Mejor que 4145 | Más bajo, requiere controles más estrictos |
| Elección habitual cuando | Se requiere dureza con buena maquinabilidad | Se requiere una mayor templabilidad y resistencia en secciones más grandes. |
Control de calidad, pruebas y redacción de especificaciones
Solicitud al proveedor:
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Certificado químico de fábrica (C de C) con desglose completo de elementos.
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Informe de tratamiento térmico con temperatura de austenización, medio de temple, temperatura y tiempo de revenido y perfiles de dureza medidos en puntos especificados.
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Informe de ensayos mecánicos: tracción, límite elástico, alargamiento, reducción de área y valores de impacto Charpy V-notch a la temperatura especificada cuando proceda.
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Resultados de la dureza transversal de grandes secciones para confirmar la dureza del núcleo y la dureza superficial.
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Ensayos no destructivos en caso necesario (UT para piezas forjadas, PMI si es necesario verificar la aleación).
Ejemplo de cláusula de especificación (concisa)
"El material será SAE/AISI 4145 (o 4145 MOD donde se especifique) con composición química y propiedades mecánicas según el proveedor C de C. Las piezas se tratarán térmicamente hasta alcanzar un límite elástico mínimo de X MPa y una dureza entre Y y Z HRC; el proveedor proporcionará los registros de tratamiento térmico y el recorrido de dureza que demuestren el cumplimiento."
Tablas que utilizan los ingenieros
Tabla A: Dureza típica en función de la temperatura de revenido (ilustrativa; confirmar con el proveedor)
| Temperatura de revenido (°C) | Dureza típica (HRC) después del revenido |
|---|---|
| 200 | 48 - 55 |
| 300 | 42 - 48 |
| 400 | 36 - 42 |
| 500 | 28 - 36 |
| 600 | 22 - 28 |
Nota: estos valores son indicativos y varían en función de la temperatura de austenitización y la composición química exacta; solicite una tabla de revenido al laminador para piezas de diseño crítico.
Tabla B: Observación típica de CCT / templabilidad
| Tamaño de la sección (mm) | Penetración de dureza esperada para 4145 (templado) |
|---|---|
| ≤ 25 mm | Sección transversal martensítica completa con austenitización estándar y enfriamiento en aceite |
| 25 - 75 mm | Es posible una gran dureza en el núcleo; consultar 4145 MOD para secciones muy grandes |
| > 75 mm | El gradiente de dureza aumenta; especificar 4145 MOD o ajustar el tratamiento térmico para alcanzar el objetivo. |
Preguntas frecuentes
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¿Cuál es la principal diferencia entre 4145 y 4140?
El 4145 tiene ligeramente más carbono y a veces más Mo, lo que le confiere una mayor templabilidad y una mayor resistencia alcanzable, haciéndolo preferible para grandes secciones y componentes de fondo de pozo; el 4140 ofrece normalmente una tenacidad marginalmente mejor a igual dureza. -
¿Se puede soldar el 4145?
Sí, pero la soldadura requiere precalentamiento, consumibles de bajo hidrógeno y, a menudo, PWHT; evite la soldadura en condiciones de alta resistencia sin control metalúrgico. -
¿Qué es 4145 MOD?
Química modificada destinada a mejorar la templabilidad de las piezas de gran sección; a menudo se especifica en componentes petrolíferos. -
¿Qué tratamiento térmico es típico para el 4145?
Austenitización en el intervalo de 820-870 °C, temple (aceite/polímero) y revenido hasta el HRC o el objetivo de resistencia seleccionado. Los ciclos específicos dependen del tamaño de la sección y de las propiedades finales. -
¿Es el 4145 apto para altas temperaturas?
El 4145 no es una aleación de fluencia a alta temperatura; conserva la resistencia a temperaturas elevadas moderadas de forma similar a otros aceros al CrMo, pero no está destinado a un servicio continuo a temperaturas muy elevadas. Evaluar familias de aleaciones específicas para servicio sostenido a altas temperaturas. -
¿Qué certificados de inspección debo exigir?
Certificado químico del laminador, informe del tratamiento térmico, informe de los ensayos mecánicos (tracción, límite elástico, impacto si es necesario) y recorridos de dureza para las secciones grandes. -
¿Cómo afecta el contenido de carbono al rendimiento?
El carbono ligeramente superior del 4145 aumenta la dureza y la resistencia alcanzables después del temple y revenido, pero puede reducir la soldabilidad y puede reducir ligeramente la tenacidad al impacto en comparación con los parientes de carbono inferior. -
¿El 4145 se utiliza para rodamientos o engranajes?
No suele utilizarse en rodamientos. Puede utilizarse para aplicaciones de engranajes y ejes de alta resistencia en las que se prioriza el endurecimiento pasante y la alta resistencia del núcleo. -
¿Cuáles son los modos de fallo habituales de las piezas 4145?
Corrosión bajo tensión o fatiga por corrosión en entornos agresivos si no se protege, agrietamiento por enfriamiento rápido debido a un tratamiento térmico inadecuado y agrietamiento relacionado con el hidrógeno si los procesos superficiales introducen hidrógeno. -
¿Dónde puedo encontrar un lenguaje de especificación estándar?
Las hojas de datos de los proveedores, las referencias SAE/AISI y las especificaciones de los materiales para yacimientos petrolíferos suelen proporcionar la redacción necesaria; solicite a los proveedores hojas de materiales específicas basadas en AISI/SAE o API para incluirlas en los pedidos de compra.
Lista de selección final para ingenieros y compradores
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Confirme la composición química exacta mediante el certificado del molino.
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Definir el límite elástico mínimo y la dureza máxima requeridos, además de la energía de impacto necesaria.
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Especifique el registro de tratamiento térmico y el recorrido de dureza para secciones grandes.
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Para los ensamblajes soldados se requieren procedimientos de precalentamiento y PWHT y cualificación del soldador.
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Para servicios corrosivos, definir los revestimientos o recubrimientos y verificar la compatibilidad.
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